Définition de la mole | Quantité de matière - Physique-Chimie Seconde

Comme une douzaine (12) ou une centaine (100), la mole est une unité de comptage.

1 douzaine = 12 objets

1 centaine = 100 objets

1 mole = 6,022×10²³ objets

La mole est utilisée pour compter des particules extrêmement petites.

• Nommé en l'honneur d'Amadeo Avogadro (1776-1856)
• Avogadro a formulé une hypothèse sur les volumes gazeux
• Le nombre a été déterminé expérimentalement par la suite
• Actuellement défini comme une constante fondamentale

6,022 × 10²³ = 602 200 000 000 000 000 000 000

C'est un nombre extrêmement grand

Il permet de relier le monde microscopique au monde macroscopique

1 mole de grains de sable recouvrirait la surface de la Terre d'une couche de 1 mètre

• Relation entre quantité de matière et nombre d'entités
• Calcul des masses molaires
• Équations bilan des réactions chimiques
• Concentrations des solutions

• 1 mole de carbone-12 a une masse de 12 g exactement
• 1 mole de molécules d'eau contient 6,022×10²³ molécules
• 1 mole d'électrons contient 6,022×10²³ électrons
• 1 mole d'ions Na⁺ contient 6,022×10²³ ions Na⁺

n = quantité de matière en moles

N = nombre d'entités

N_A = nombre d'Avogadro

Utilisation de la formule : n = N / N_A

n = (3,6132 × 10²³) / (6,022 × 10²³) = 0,600 mol

Donc l'échantillon contient 0,600 mole de glucose.

Formule du glucose : C₆H₁₂O₆

Donc 1 molécule de glucose contient 6 atomes de C, 12 atomes de H, 6 atomes de O

Nombre d'atomes de C : 3,6132 × 10²³ × 6 = 2,1679 × 10²⁴ atomes

Nombre d'atomes de H : 3,6132 × 10²³ × 12 = 4,3358 × 10²⁴ atomes

Nombre d'atomes de O : 3,6132 × 10²³ × 6 = 2,1679 × 10²⁴ atomes

Pour les atomes de carbone : n = (2,1679 × 10²⁴) / (6,022 × 10²³) = 3,600 mol

Pour les atomes d'hydrogène : n = (4,3358 × 10²⁴) / (6,022 × 10²³) = 7,200 mol

Pour les atomes d'oxygène : n = (2,1679 × 10²⁴) / (6,022 × 10²³) = 3,600 mol

La masse molaire d'une entité est la masse d'une mole de cette entité.

Elle s'exprime en grammes par mole (g/mol).

Pour un atome, la masse molaire est pratiquement égale au nombre de masse exprimé en g/mol.

m = masse en grammes

n = quantité de matière en moles

M = masse molaire en g/mol

• Hydrogène (H) : M = 1,0 g/mol
• Carbone (C) : M = 12,0 g/mol
• Oxygène (O) : M = 16,0 g/mol
• Calcium (Ca) : M = 40,1 g/mol
• Fer (Fe) : M = 55,8 g/mol

M(NaCl) = M(Na) + M(Cl) = 23,0 + 35,5 = 58,5 g/mol

Utilisation de la formule : m = n × M

m = 0,500 mol × 58,5 g/mol = 29,25 g

La masse de l'échantillon est de 29,25 g.

Utilisation de la formule : N = n × N_A

N = 0,500 mol × 6,022×10²³ mol⁻¹ = 3,011×10²³ unités de formule

L'échantillon contient 3,011×10²³ unités de formule NaCl.

Chaque unité de formule NaCl contient 1 ion Na⁺ et 1 ion Cl⁻

Donc : nombre d'ions Na⁺ = 3,011×10²³

Et : nombre d'ions Cl⁻ = 3,011×10²³

Il y a autant d'ions sodium que d'ions chlorure.

Le volume molaire d'un gaz est le volume occupé par une mole de ce gaz.

Il dépend des conditions de température et de pression.

Conditions normales (CNTP) : 0°C et 1 atm → V_m = 22,4 L/mol

Conditions standards (STP) : 25°C et 1 atm → V_m ≈ 24,5 L/mol

V = volume en litres

n = quantité de matière en moles

V_m = volume molaire en L/mol

• 1 mole de O₂ à CNTP occupe 22,4 L
• 2 moles de CO₂ à CNTP occupent 2×22,4 = 44,8 L
• 0,5 mole de H₂ à CNTP occupe 0,5×22,4 = 11,2 L

Conditions normales : V_m = 22,4 L/mol

Utilisation de la formule : V = n × V_m

V = 0,250 mol × 22,4 L/mol = 5,60 L

Le volume occupé est de 5,60 litres.

Utilisation de la formule : N = n × N_A

N = 0,250 mol × 6,022×10²³ mol⁻¹ = 1,506×10²³ molécules

Il y a 1,506×10²³ molécules de O₂.

Chaque molécule de O₂ contient 2 atomes d'oxygène

Nombre d'atomes = 1,506×10²³ × 2 = 3,012×10²³ atomes

Le volume contient 3,012×10²³ atomes d'oxygène.

La concentration molaire d'une espèce en solution est la quantité de matière de cette espèce par litre de solution.

Elle s'exprime en moles par litre (mol/L) ou en mol·L⁻¹.

Elle est souvent notée avec des crochets : [X] pour la concentration de l'espèce X.

c = concentration molaire en mol/L

n = quantité de matière en moles

V = volume de la solution en litres

• Solution de NaCl à 0,1 mol/L : 0,1 mole de NaCl par litre de solution
• Solution de H₂SO₄ à 2 mol/L : 2 moles de H₂SO₄ par litre de solution
• [H⁺] = 10⁻⁷ mol/L dans l'eau pure à 25°C

M(NaCl) = M(Na) + M(Cl) = 23,0 + 35,5 = 58,5 g/mol

Utilisation de la formule : n = m/M

n = 5,85 g / 58,5 g/mol = 0,100 mol

On a dissous 0,100 mole de NaCl.

V = 500 mL = 0,500 L

Utilisation de la formule : c = n/V

c = 0,100 mol / 0,500 L = 0,200 mol/L

La concentration de la solution est de 0,200 mol/L.

NaCl → Na⁺ + Cl⁻

Chaque unité de formule de NaCl donne 1 ion Na⁺ et 1 ion Cl⁻

Donc [Na⁺] = [Cl⁻] = 0,200 mol/L

Les concentrations des ions sont égales à la concentration de la solution.

• 1 1 mole = 6,022×10²³ entités élémentaires
• 2 N_A = 6,022×10²³ mol⁻¹ (nombre d'Avogadro)
• 3 Unité SI de quantité de matière
• 4 Permet de relier microscopique et macroscopique

• n = N/N_A (relation entre quantité de matière et nombre d'entités)
• m = n×M (relation entre masse et quantité de matière)
• V = n×V_m (relation entre volume et quantité de matière pour les gaz)
• c = n/V (concentration molaire)

• Calculs stoechiométriques dans les réactions chimiques
• Préparation de solutions de concentration connue
• Étude des gaz et de leurs propriétés
• Analyses chimiques quantitatives